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論文

Role of advection in atmospheric ammonia; A Case study at a Japanese lake basin influenced by agricultural ammonia sources

久保田 智大; 黒田 久雄*; 渡邊 未来*; 高橋 晃子*; 中里 亮治*; 樽井 美香*; 松本 俊一*; 中川 圭太*; 沼田 康子*; 大内 孝雄*; et al.

Atmospheric Environment, 243, p.117856_1 - 117856_9, 2020/12

大気アンモニア(NH$$_{3}$$)の乾性沈着は水圏生態系への窒素負荷経路の1つである。アジア諸国におけるNH$$_{3}$$の最大の排出源の一つである農業・畜産は、NH$$_{3}$$濃度の空間的及び季節的変動を引き起こし、乾性及び湿性沈着により湖沼流域へ影響を与えることが知られている。しかし、観測ネットワークの不足から、流域スケールでのNH$$_{3}$$濃度の空間分布はよく知られていない。本稿では、農業・畜産が盛んな流域(霞ヶ浦流域)でのNH$$_{3}$$濃度の空間的及び季節的変動の支配的要因を明らかにすることを目的とした。観測は2018年10月10日から2020年1月14日まで、合計36地点で行った。観測期間中の平均NH$$_{3}$$濃度は、農用地,湖,住宅地,森林の順に高かった。畜舎近傍で観測されたNH$$_{3}$$濃度は夏季より冬季の方が高く、気温に依存する揮発プロセスに基づくNH$$_{3}$$排出量の季節変化と異なった。農用地や湖のNH$$_{3}$$濃度と気象要素との比較から、排出源からのNH$$_{3}$$の移流の季節変化の重要性が示唆された。湖上のNH$$_{3}$$の乾性沈着量を推定したところ、全窒素の湿性沈着量を上回る可能性がある。湖への乾性沈着は植物プランクトンの増殖プロセスに関連することが知られており、水圏生態系の管理を行う上でNH$$_{3}$$の移流を考慮するべきである。

口頭

局所域高分解能大気拡散モデルを用いた森林の乾性沈着分布の詳細評価手法の開発

中山 浩成; 堅田 元喜

no journal, , 

乾性沈着は、地表面付近の大気中ガスや微小粒子状物質が大気乱流や重力沈降により地表面に沈着する現象である。日本の森林の多くは、丘陵地など複雑地形上に成立しており、このような場所での乾性沈着量を正確に推計することは難しい。この問題に取り組むべく、我々は、地形や建物・樹木などの影響を受けた乱流過程とこれらの拡散過程を10m以下の高解像度で再現できる局所域高分解能大気拡散モデルの開発を進めている。本発表では、このモデルにPM2.5の乾性沈着過程を考慮し、東京郊外の研究林に適用するLarge Eddy Simulation(LES)を行うことで、複雑な森林構造とPM2.5の乾性沈着分布の関係を調べる。

口頭

High-resolution numerical simulation of turbulent flows and dry deposition in mountainous forest

中山 浩成; 堅田 元喜*

no journal, , 

乾性沈着は、地表面付近の大気中ガスや微小粒子状物質が大気乱流や重力沈降により地表面に沈着する現象である。日本の森林の多くは、丘陵地など複雑地形上に成立しており、このような場所での乾性沈着量を正確に推計することは難しい。この問題に取り組むべく、我々は、地形や建物・樹木などの影響を受けた乱流過程とこれらの拡散過程を10m以下の高解像度で再現できる局所域高分解能大気拡散モデルの開発を進めている。本研究では、局所域高分解能大気拡散モデルに乾性沈着スキームを導入し、まず、エッジを有する植生キャノピーを対象にした乾性沈着に関する風洞実験結果と比べた。その結果、沈着量分布はキャノピーエッジで鋭いピークを示し、キャノピー内部ではほぼ一定の分布を示し、風洞実験結果と同様な結果が得られたことを確認した。次に、東京郊外の研究林に適用し、複雑な森林構造とPM2.5の乾性沈着分布の関係を調べた。その結果、沈着量分布は、植生キャノピーエッジで鋭いピークを示し、植生ギャップでは急激に減少するなど、局所性の強い分布特性を示すことが分かった。

口頭

移流の重要性; 農業系アンモニア揮散の影響を受けた霞ヶ浦流域における事例研究

堅田 元喜*; 久保田 智大; 黒田 久雄*; 渡邊 未来*; 高橋 晃子*; 中里 亮治*; 樽井 美香*; 松本 俊一*; 中川 圭太*; 沼田 康子*; et al.

no journal, , 

大気アンモニア(NH$$_{3}$$)の乾性および湿性沈着は、湖沼の富栄養化の原因を明らかにする上で考慮すべき重要な窒素負荷経路である。作物や畜産などの農業系はアジア諸国における最大のNH$$_{3}$$排出源の一つであり、空間的にも時間的にも変動が大きい。一般に、NH$$_{3}$$の揮散(排出)速度は夏季や施肥の時期に最大になることが知られているが、多くのアジア諸国ではNH$$_{3}$$濃度のモニタリングは限定的であり、流域スケール(数10から数100km$$^{2}$$)のNH$$_{3}$$濃度の支配的要因はわかっていない。本研究では、富栄養湖である茨城県霞ヶ浦の流域とその周辺でNH$$_{3}$$濃度の多地点観測を実施し、地上気象データや既往のNH$$_{3}$$排出量マップとの比較から、その空間分布や季節変動を決定している要因を検討した。そのために、霞ヶ浦流域を網羅する36地点に拡散型パッシブサンプラー(小川商会製)を設置し、2018年6月から2020年1月まで月平均NH$$_{3}$$濃度の観測を行い、得られたNH$$_{3}$$濃度と全国1kmメッシュのNH$$_{3}$$排出量推計マップ・地上気象データとの関係を比較した。その結果、排出量推計値が最大である地域では、NH$$_{3}$$濃度が夏季に比べて冬季の方が高かった。これは、気温上昇や施肥などの揮散プロセスをNH$$_{3}$$の空間分布の支配的要因とする既往の研究に対して、本研究のような流域スケールでは風向の季節変動が支配的になりうる可能性が示された。

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